초분자 중합체

Supramolecular polymer

폴리머(polymer)라는 용어는 다중 반복 단위로 구성된 대형 분자와 '수프라(supra)'라는 접두사(prefix)가 '한계를 넘어'라는 뜻이다.초분자 중합체는 기존 중합체의 한계를 넘어 재료 적용에 잠재적으로 사용될 수 있는 새로운 중합체 범주다.정의에 따르면, 초분자 중합체는 가역성과 높은 방향의 이차 상호작용에 의해 연결되는 단량체의 고분자 배열이다. 즉, 비균등 결합이다.이러한 비균형 상호작용에는 반 데르 바알 상호 작용, 수소 결합, 쿨롱 또는 이온 상호작용, π-피질 적층, 금속 조정, 할로겐 결합, 찰코겐 결합 및 호스트-게스트 상호작용이 포함된다.[1]상호작용의 방향과 강도를 정밀하게 조정하여 분자의 배열은 대량뿐만 아니라 희석 및 농축 용액에서 폴리머로 작용한다(즉, 폴리머 물리학 이론으로 설명할 수 있는 방식으로 작용한다).[2]

기존 중합체에서 단층부위는 강한 공밸런트 결합에 의해 연결되며 재료로서 우수한 성질을 가지고 있으나, 일반적으로 고점도의 용융에 고분자가 얽혀 있어 가공에 높은 온도와 압력이 필요하다.초분자 중합체는 좋은 재료 특성과 다루기 쉬운 저점도의 녹음을 결합한다.또한 일부 초분자 중합체는 자가 치유능력과 [3][4][5]같은 독특한 특성을 가지고 있다.공밸런스 폴리머는 재활용할 수 있지만, 그들의 강한 공밸런스 결합은 결코 분해되지 않으며, 플라스틱 폐기물로서 환경에 부정적인 영향을 미치고 있다.따라서 초분자 중합체는 반응성, 적응성, 자가 치유성, 환경 친화적 소재의 설계 가능성 때문에 점점 더 주목을[6] 받고 있다.[7][8]

역사

초분자 중합체 조성에 사용되는 모노메릭 모티브 및 상호작용 유형

현대적인 중합체의 개념은 헤르만 스토딩거가 공칭으로 연결된 울트라롱 분자의 존재를 1920년에 입증한 것으로, 그는 이것을 고분자라고 불렀다.초분자 중합체 분야의 서문은 염료 애그리게이트와 숙주 복합체로 간주될 수 있다.[9]19세기 초, 색소 분야에서 일하는 과학자들은 '특별한 종류의 중합'을 통해 형성될 수 있는 특정 염료 골재를 발견했지만, 어떠한 이론도 제시되지 않았다.초분자 화학 분야가 설립된 후, 1987년 도널드 크램, 장마리 렌, 찰스 페더슨에게 노벨 화학상이 수여된 후, 화학자들은 작은 분자로부터 더 큰 조립 구조를 설계하고 연구하기 시작했다.1988년 일본의 중합체 화학자 아이다 타쿠조는 암피힐릭 포르피린 모노머가 용액에서 1차원 구조를 형성하는 반 데르 바알스의 상호작용을 통해 연결되는 공동조립의 개념을 보고했는데, 이는 초분자 중합체의 원형이라고 볼 수 있다.[10]같은 해인 1988년 제임스 D.우에스트는 결정상태에서 수소 본딩 상호작용을 기반으로 한 1차원 골재를 도입했다.[11]수소 결합을 이용한 다른 전략으로, Jean M. J. Frechet은 1989년에 카복실산과 피리딜 모티브를 가진 메스제닉 분자를 대량으로 혼합할 때 이질적으로 조광하여 안정된 액체 결정 구조를 형성한다는 것을 보여주었다.[12]1990년 장마리 렌은 이 전략이 새로운 중합체의 범주를 형성할 수 있다는 것을 보여주었는데, 그는 이를 보완적인 삼중수소 본딩 모티브를 대량으로 사용한 "액체 결정체 초분자 중합체"라고 불렀다.[13]1993년 M. Reza Ghadiri는 인접한 매크로사이클 사이의 다중 수소 결합을 통해 b-시트 형성 매크로사이클릭 펩타이드 모노머가 함께 조립된 나노입자 수프롤 분자 중합체를 보고했다.[14]1994년 안셀름.C. 그리핀은 카르복실산과 피리딘 터미네이션이 있는 균질성 분자 사이의 단일 수소 결합을 이용한 비정형 초분자 물질을 보여주었다.[15]작은 분자의 1D 초분자 결합에 의해 기계적으로 강한 중합체 물질을 만들겠다는 발상은 반복되는 건물 블록들 사이의 높은 연관성을 필요로 한다.1997년 E.W. "Bert" Meijer는 "자기완성" 4배 수소 본딩 모티브로 요소피리미디논 터미네이션이 있는 텔레켈릭 단량체를 보고하고, 클로로포름의 초분자 중합체에서 온도에 의존하는 점탄성 특성이 용해되고 있음을 증명했다.[16]충분히 기계적으로 튼튼할 때 초분자 중합체가 물리적으로 용액에 얽혀 있다는 첫 번째 실증이다.

형성 메커니즘

초분자 중합이 진행 중인 모노머는 성장하는 폴리머와 평형을 이루는 것으로 간주되며, 따라서 열역학적 요인이 시스템을 지배한다.[17]단, 구성 단량체가 강하고 다차원적인 상호작용을 통해 연결될 때, "측정 가능한" 운동 상태가 중합 상태를 지배할 수 있다.대부분의 경우 외부적으로 공급되는 에너지는 열의 형태로 "측정 가능한" 상태를 열역학적으로 안정적인 중합체로 변화시킬 수 있다.초분자 중합체에는 다중의 경로에 대한 명확한 이해가 여전히 논의되고 있지만, E.W. "Bert" Meijer에 의해 소개된 "경로 복잡성"의 개념은 초분자 중합체의 운동적 행동에 빛을 발했다.[18]그 후, 많은 헌신적인 과학자들이 "경로 복잡성"의 범위를 넓히고 있다. 왜냐하면 그것은 동일한 단조로운 단위로부터 다양한 흥미로운 조립 구조물을 생산할 수 있기 때문이다.이 동역학적으로 제어되는 공정의 라인을 따라 "stimuli-response"와 "thermally bisignate" 특성을 가진 초분자 중합체도 가능하다.[20]

기존의 공밸런트 중합에서는 단계적 성장과 연쇄적 성장 메커니즘에 기초한 두 가지 모델이 작동한다.오늘날, 유사한 분열이 초분자 중합에 허용된다; 이소체는 동등-K 모델(계단 성장 메커니즘)과 협력적 또는 핵-융화 모델(연쇄 성장 메커니즘)으로도 알려져 있다.세 번째 범주는 씨드 초분자 중합인데, 이것은 연쇄 성장 메커니즘의 특별한 사례로 간주될 수 있다.

단계성장 초분자 중합

초분자 중합에 작용하는 "경로 복합성"과 "연쇄 성장" 메커니즘의 도식

단계 성장 메커니즘의 초분자 등가물은 일반적으로 이소형 또는 등-K 모델이라고 알려져 있다(K는 인접한 두 모노머 사이의 총 결합 상호작용을 나타낸다).이소데믹 초분자 중합체에서는 중합이 일어나기 위해 임계 온도나 단량체의 농도가 필요하지 않으며, 중합체와 단량체 사이의 연관성은 중합체 길이와 무관하다.대신 용액 내 모노머 농도가 높아지거나 온도가 낮아지면 초분자 고분자 체인의 길이가 증가한다.종래의 폴리 응축에서는 일반적으로 연결 상수가 커서 중합률이 높은 것으로 나타나지만, 부산물이 관측된다.이소데믹 초분자 중합체에서는 비동결 결합으로 인해 단량체 사이의 연관성이 약하며, 중합 정도는 교호작용 강도, 즉 단량체 간의 다량적 상호작용에 강하게 의존한다.예를 들어, 종단부에 단일 수소 결합 공여자/수용자를 갖는 분쇄 단조로 이루어진 초분자 중합체는 대개 낮은 중합으로 끝나지만, 요소피리미디논 모티브와 같이 4극 수소 결합을 가진 중합체는 높은 중합성을 초래한다.우리도피리미디논 기반 초분자 고분자에서는 반밀도농도에서 실험적으로 관찰된 분자중량이 10달턴6 순으로 나타나며, 고분자의 분자중량은 단기능 체인캐퍼를 추가해 제어할 수 있다.

연쇄성장초분자중합화

기존의 연쇄 성장 중합은 적어도 두 개의 단계를 포함한다; 시작과 전파, 그리고 어떤 경우에는 종단 및 체인 전송 단계도 발생한다.넓은 의미에서 연쇄 성장 초분자 중합은 덜 선호되는 핵화와 선호되는 전파의 두 가지 뚜렷한 단계를 포함한다.이 메커니즘에서는 일정한 크기의 핵이 형성된 후, 연관 상수가 증가하고, 더 많은 단량체 덧셈이 선호되며, 이때 폴리머 성장이 시작된다.긴 폴리머 체인은 최소 모노머 농도 이상에서 특정 온도 이하로만 형성된다.그러나 연쇄성장 초분자 중합체의 공밸런트 아날로그를 실현하기 위해서는 개시자의 작용만으로 중합할 수 있는 적절한 모노머의 설계가 도전적인 전제조건이다.최근 "살아있는" 특성을 가진 연쇄성장 초분자 중합화의 한 예가 증명된다.[21]이 경우 아미드가 적용된 측면 사슬을 가진 사발 모양의 모노머가 운동적으로 선호되는 분자 내 수소 본딩 네트워크를 형성하고 주위 온도에서 자연적으로 초분자 중합화를 겪지 않는다.[22]그러나 N-메틸화 버전의 모노머는 링 개방 공밸런트 중합처럼 초분자 중합에 대한 분자 내 수소 본딩 네트워크를 개방함으로써 이니시에이터 역할을 한다.이 경우 체인 끝은 초분자 중합체의 추가 확장을 위해 활성 상태를 유지하며, 따라서 체인 성장 메커니즘은 초분자 중합체 물질의 정밀한 제어를 가능하게 한다.

시드 초분자 중합체

이것은 연쇄 성장 초분자 중합체의 특별한 범주로, 모노머가 "씨앗"을 생성하기 위해 초기 단계의 중합체에서만 핵이 생성되고 새로운 모노머의 추가에 따라 폴리머 체인 연장에 활성화된다.2차 핵은 대부분의 경우에서 억제되며, 따라서 결과적인 초분자 중합체의 좁은 다분산성을 실현할 수 있다.2007년에는 이안 매너스와 미첼 A.위닉은 원통형 마이크로젤로 조립되는 모노머로 폴리페로세닐디메틸실레인-폴리소프렌 디블록 복합체를 사용해 이 개념을 도입했다.[23]소닉에 의해 얻은 현미경 "씨드"에 모노머의 신선한 사료가 첨가되면 중합은 살아있는 중합 방식으로 시작된다.이들은 이 방법을 결정화-구동 자가조립(CDSA)이라고 명명했으며 1D-3D로 미크론 규모의 초분자 비등방성 구조물을 건설하는 데 적용할 수 있다.개념적으로 다른 시드의 supramololecular 중합은 포피린 기반의 아미드를 첨가한 긴 알킬 체인을 가진 모노머에서 스기야스 카즈노리에 의해 보여졌다.[24]낮은 온도에서 이 모노머는 우선 구형 J-aggregate를 형성하는 반면 섬유성 H-aggregate는 높은 온도에서 형성된다.J-aggregate 입자의 농축 용액에 J-aggregate의 소닉 혼합물("씨드")을 첨가함으로써, 살아있는 씨드 초분자 중합체를 통해 긴 섬유들을 준비할 수 있다.Frank Würthner는 모노머로서 기능화된 페릴렌 비시미드의 유사한 씨드 초분자 중합성을 달성했다.[25]중요한 것은 씨앗을 뿌린 초분자 중합체가 초분자 블록 복합체를 준비하는데도 적용된다.

초분자 중합체의 예

수소 본딩 상호작용 기준

단, 2중, 3중, 4중으로 수소 본딩을 형성할 수 있는 모노머는 초분자 중합체를 만드는 데 활용되었고, 모노머가 최대 수의 수소 본딩 공여자/수용자 모티브를 가질 때 모노머의 결합을 분명히 증가시켰다.예를 들어, 자기완성 4중수소 본딩 터미네이션이 용액에 중합된 우리도피리미디논 기반 모노머는 기존의 중합체 이론에 따라 주변 온도에서 뚜렷한 점탄성을 보였다.

π-π 적층 기준

비스(메로시아닌), 올리고(파라페닐렌비닐렌)(OPV), 페릴렌비시드(PBI)염료, 시아닌염료, 코라눌렌, 나노그래핀 유도체 등 방향성 모노머를 채용해 초분자성 고분자를 준비했다.어떤 경우에는 코어 방향족 모티브에 첨가된 수소 본딩 사이드 체인이 초분자 중합체에서 모노머를 강하게 잡아주는 데 도움이 된다.이 범주에서 주목할 만한 시스템은 암피힐릭 헥사벤조코로넨(HBC) 파생상품의 초분자 중합에 의해 형성된 나노입자 수분자 중합체다.[26]일반적으로 나노튜브는 형태학적으로 1D 물체로 분류되지만, 이들의 벽은 2D 기하를 채택하기 때문에 다른 설계 전략이 필요하다.[27]극성 용매의 HBC 암페타일은 2D 빌레이어 막으로 구성되는데, 이 막은 나선 테이프나 나노튜브 중합체로 작용한다.시아닌 염료와 아연 클로로인 염료를 기반으로 한 개념적으로 유사한 앰프힐 설계도 물에 중합되어 나노튜브 수프라마홀로브 고분자 중합체가 발생한다.[28][29]

호스트-게스트 상호 작용 기준

크라운 에테르/암모늄 이온, 쿠쿠르비투릴/바이올로겐, 칼릭사렌/바이올로겐, 사이클로덱스트린/다만탄탄 유도체, 기둥 아레네/이미다졸륨 유도체 등 호스트-게스트 보완적 결합 모티브가 있는 모노머를 사용하여 다양한 초분자 고분자를 합성할 수 있다[30–33].[30][31][32]모노머가 "히테로디토픽"인 경우 모노머가 균일화되지 않는 한 초분자 복합체가 결과를 얻는다.하라다 아키라는 폴리머와 사이클로덱스트린을 결합하는 것의 중요성을 최초로 인지한 사람 중 한 명이었다.[33]페이허 황은 크라운 에테르와 암모늄 이온 종단기를 모두 운반하는 두 개의 이질성 단극체로부터 초분자 교배합체의 예를 보여 주었다.[34]하이노 다케하로는 3개의 이질적 단량체가 복합체 사슬을 따라 ABC 시퀀스로 배열된 초분자 복합체에서 시퀀스 제어의 극단적인 예를 보여주었다.[35]볼앤소켓(calix[5]arene/C60), 기증자-수용자(bisporphyn/trinetrofluorone), 해밀턴의 H-bonding 상호작용 등 3가지 뚜렷한 결합작용을 활용한 설계 전략이 높은 직교성을 달성해 ABC 초분자형 테르폴리머를 형성하는 비결이다.

치랄리티

치랄 단량체의 입체화학 정보는 초분자 중합체로 표현할 수 있다.[36]P-와 M-적합성을 가진 헬리컬 초분자 고분자, 특히 디스크모양 단모체로 구성된 고분자가 널리 보인다.모노머가 아키랄 경우 P-헬리콥과 M-헬리콥은 모두 같은 양으로 형성된다.모노머가 키랄인 경우, 일반적으로 사이드 체인에 하나 이상의 스테레오센서가 있기 때문에 P-헬리케인과 M-헬리케인의 이질화 관계는 다른 쪽보다 하나의 순응을 선호하게 된다.대표적으로 C-대칭3 원반 모양의 치랄 단량체가 '주요도 규칙'을 통해 나선형 초분자 중합체를 형성하는 것이 그 예다.키랄 단량체의 에나토머 1개를 약간 초과하면 초분자 중합체 수준에서 오른손 또는 왼손 헬리컬 기하학 중 하나에 강한 편향으로 나타났다.[37]이 경우 키랄 단량체의 항항생성 초과에 대한 비등방성 인자 g의 특성 비선형 의존성을 일반적으로 관찰할 수 있다.작은 분자 기반 치라믹 시스템에서와 마찬가지로 초분자 중합체의 치례성도 치라믹 용제의 영향을 받는다.비대칭 합성을 위한 촉매와 원형 편광 발광과 같은 일부 용도는 치랄 수분자 중합체에서도 관찰된다.

초분자복합체

복합체는 둘 이상의 단일 종에서 형성된다.공밸런스 복합체의 조성을 위해 첨단 중합 기술이 확립됐지만, 초분자 복합체는 아직 걸음마 단계여서 서서히 진행되고 있다.최근 몇 년 동안 무작위, 교번, 블록, 막힘, 주기 등과 같은 초분자 복합체의 모든 그럴듯한 범주가 넓은 의미로 입증되었다.[39]

초분자 중합체의 특성

지난 30년 동안 초분자 중합체 분야는 매우 중요한 새로운 중합체 과학 분야로 성장했다.그것은 전 세계 학계와 산업 연구소에서 수많은 연구 활동을 유치해 왔다.다양한 변칙적인 성질을 지닌 새로운 동적 소재가 재료공학 분야에 추가된다.화장품뿐만 아니라 지속가능성(쉬운 가공과 재활용), 전자제품, 의약품 등에서도 많은 어플리케이션을 이용할 수 있게 되었다.

가역성과 역동성

초분자 중합체의 중요한 특성 중 하나는 단층 배열에서 이들의 가역적 상호작용이다.모노머 사이의 상호작용이 충분히 강하면 흥미로운 재료 특성을 기대할 수 있다.초분자 중합체의 열역학적 안정성은 연결 상수 K를ass 사용하여 설명할 수 있다.Kass ≤ 10M일4−1 때 고분자 골재는 일반적으로 크기가 작아 흥미로운 성질을 보이지 않으며, K andass 1010 M일−1 때 역학적으로 인해 공발성 고분자처럼 작용한다.따라서, 기능적 초분자 중합체를 생산하기 위해 최적의ass K = 104–10Mn을10−1 얻어야 한다.초분자 중합체의 역학 및 안정성은 첨가제(예: 공동 용해제 또는 체인 캐퍼)의 영향에 의해 영향을 받는 경우가 많다.예를 들어 클로로포름과 같은 좋은 용제가 헵탄과 같은 불량 용매에서 초분자 중합체에 첨가되면 고분자가 분해된다.그러나 코솔벤트가 초분자 중합체의 안정화/확산에 기여하는 경우도 있다.예를 들어 수소 결합 청소 알코올을 분량 함유한 탄화수소 용매에서 수소 결합 포르피린 기반 모노머의 초분자 중합은 뚜렷한 경로를 보여준다. 즉, 가열뿐만 아니라 냉각에 의해 선호되며 "열상 이등분자 중합"으로 알려져 있다.또 다른 예에서, 메틸사이클로헥산과 같은 무극 용매에 미세한 양의 분자 용해 물 분자는 모노머와 물 사이의 특정한 수소 결합 상호작용 때문에 낮은 온도에서 초분자 고분자의 일부가 된다.[40]

자가 치유 능력

초분자 중합체의 매혹적인 특성 중 하나는 골절 시 자가 치유 능력이 발생한다는 것이다.[41]루드윅 라이블러가 선보인 바이트리머 기반의 초분자 고무는 소재의 깨진 두 모서리를 함께 누르면 저절로 힐링할 수 있다.[42]이 경우 재료 내 모노머 사이의 수소 결합이 깨질 때 균열이 발생하며, 균열의 가장자리를 함께 가져오면 수소 결합이 다시 형성되어 간격을 봉합할 수 있다.인상적으로, 수소 결합의 동적 거동은 물질의 성질을 손상시키지 않는다.재료의 높은 기계적 강도와 자가 치유 능력은 일반적으로 상호 배타적이다.따라서 최근까지도 상온에서 자가 치유할 수 있는 유리 소재가 난제로 남아 있었다.아이다 타쿠조는 우아한 디자인으로 기계적으로 견고하지만(e=1.4 GPA) 실온에서도 골절된 표면에서 압축만으로 자가 치유할 수 있는 초분자 중합체 과점 에테르 티우레아로 구성된 혁신적인 폴리머 글라스를 선보였다.[43]자가 치유 가능한 폴리머 유리의 발명은 부드러운 고무 재질만이 치유할 수 있다는 선입견을 갱신했다.

수소 결합 기반 자가 치유 '초분자 고무'(a)와 '폴리머 글라스'(b)의 예.

또 다른 전략은 머리와 꼬리에 바비투르산이 기능화된 이발성 폴리(이소부틸렌)(PIB)를 사용한다.[44]카르보닐 그룹과 아미드 바비투르산 그룹 사이에 존재하는 복수 수소 결합은 그것이 초분자 네트워크를 형성할 수 있게 한다.이 경우 잘려나간 소형 PIB 기반 디스크는 상온에서 수시간 접촉한 후 기계적 손상으로부터 회복할 수 있다.

조정 콤플렉스를 함유한 공밸런트 폴리머도 자가 치유 소재를 만들기 위해 연구했다.연구자들은 카테콜과 철 이온 사이의 조정 상호작용을 이용하여 pH 제어 자가 치유 초분자 중합체를 개발했다.[45]모노, 비스, 트리스카테콜-Fe3+ 복합체의 형성은 pH로 조작할 수 있으며, 이 중 비스와 트리스카테콜-Fe3+ 복합체는 자가 치유능력은 물론 탄성모듈리를 보인다.예를 들어 트리스카테콜-페는3+ 찢어진 후 응집력과 형태를 회복할 수 있다.사슬 접히는 폴리이미드와 피레닐 끝부분의 체인은 초분자 네트워크를 발생시킨다.[46]

광전자 속성

광전하 전환을 달성하는 것이 인공 광합성 시스템의 필수 단계다.[47]전자 기증자와 전자 수용체를 초분자 중합체에 통합함으로써 광합성 시스템을 포함한 다수의 인공 시스템을 구축할 수 있다.둘 이상의 상호작용(전자와 수소 결합 상호작용, 수소 결합 상호작용 등)이 존재하기 때문에 전자 공여자와 전자 수용자는 장수의 전하 분리 상태를 감당할 수 있도록 적절한 근접도로 결합될 수 있다.[47]그러면 이러한 인공 중합체에서 광 유도 전자 전달 속도가 더 빠르고 전자 전달 효율이 더 높은 빛 대 충전 변환 시스템이 달성될 수 있다.[48][47]

생체적합성 특성

DNA,[49] 단백질[50] 등 생체 분자가 생물학적 시스템에서 다양한 비균형 상호작용을 통해 존재하게 되는 것은 꽤 흔한 일이다.마찬가지로 초분자 중합체는 비균형 상호작용의 조합을 통해 스스로 조립한다.그러한 형성 방식은 특징들을 가진 초분자 중합체를 내포하고, 외부 자극에 더 민감하며, 구조와 기능에 역방향으로 역동적인 변화를 일으킬 수 있다.[51]수용성 펜던트, 생체 활성 모이에티, 바이오마커 등을 갖춘 초분자 중합체의 단수 단위를 수정함으로써 초분자 중합체는 바이오의학 분야에서 다양한 기능과 응용을 실현할 수 있다.[52]동시에 이들의 가역성과 역동성은 초분자 중합체를 바이오 디스트로이블하게 만들며,[53][54] 이는 공분자 중합체의 변질하기 어려운 문제를 극복하고 초분자 중합체를 바이오 메디컬 용도의 유망 플랫폼으로 만든다.생물학적 환경에서 저하될 수 있다는 것은 중합체의 잠재적 독성을 크게 떨어뜨려 초분자 중합체의 생체적합성을 향상시킨다.[55][56]

잠재적인 생물의학 응용 프로그램

생분해와 생체적합성에 탁월한 성질을 가진 초분자 중합체는 약물 전달, 유전자 전이 및 기타 생물의학 응용의 발달에 큰 잠재력을 보인다.[52]

약물 전달: 여러 세포 자극은 초분자 중합체에서 반응을 유도할 수 있다.[51][57][52]초분자 중합체의 동적 분자 골격은 생체내 pH와 같은 외부 자극에 노출될 때 고농축될 수 있다.이 성질을 바탕으로 초분자 중합체가 마약 운반체가 될 수 있다.뉴클레오바제 사이의 수소 결합을 이용하여 pH에 민감한 구면 마이크로셀에 자가 조립을 유도한다.

유전자전염:유효하고 저독성 비바이러스 계화 벡터는 유전자 치료 분야에서 매우 선호되고 있다.[52]동적이고 자극에 반응하는 특성 때문에, 초분자 중합체는 유전자 전이를 위한 벡터를 구성하기 위한 톱니 모양의 플랫폼을 제공한다.페로센 다이머와 β-사이클로덱스트린 다이머를 결합하여 레독스-컨트롤 수프라마홀리브 폴리머 시스템을 벡터로 제안하였다.COS-7 세포에서 이 초분자 중합체 벡터는 과산화수소에 노출되면 밀폐된 DNA를 방출하고 유전자 전이를 할 수 있다.[58]

초분자 바이오 소재

구체적이고 방향적이며 튜닝 가능하고 가역 가능한 비공생 교호작용을 가진 초분자 중합체는 생체 소재뿐만 아니라 생체 소재에도 유리해야 한다.예를 들어 초분자 중합체의 가역적 특성은 생리적 단서들을 감지하고 반응할 수 있거나 생물학적 신호의 구조적, 기능적 측면을 모방할 수 있는 생체 물질을 생산할 수 있다.그 형성 메커니즘에 기초하여, 초분자 바이오 물질은 사무엘 1세가 도입한 펩타이드 앰프힐의 경우처럼 분자 적층 모티브의 1차원 조립체에서 제조한 물질로 광범위하게 분류할 수 있다. 스투프,[59] 그리고 (2) 올리고머의 체인 확장이나 특정 초분자 인식 모티브에 의한 고분자 전구체의 교차 연동을 통해 준비된 재료.[60]

합리적으로 설계된 초분자 중합체 기반 중합체는 수용성, 생물 분해성, 생체 적합성, 자극 반응성 및 기타 엄격한 기준의 요구사항을 동시에 충족할 수 있다.[52]따라서 초분자 중합체를 강력한 시스템으로서 생체 의학 분야에 적용할 수 있다.위에서 언급한 응용 외에도 단백질 전달,[61][62] 생체 이미지 생성, 진단[63][64] 및 조직 공학 등 다른 중요하고 매혹적인 생물의학 응용도 잘 발달되어 있다.[65][66]

초분자 중합체의 개념적 팽창

비정형 단층재를 이용한 초분자 중합법

시간이 흐르면서 초분자 중합화 방법이 확대되고, 그 사용 가능한 단량체의 범위가 다양해졌다.분자 모티브의 과잉뿐만 아니라, DNA, DNA 나노구조체, 단백질과 같은 생체 분자, 그리고 비전통적인 단층체로서의 무기물들이 최근 초분자 중합에 대해 조사되고 있다.이 모든 경우에, 모노머는 훨씬 더 큰 크기, 보통 몇 나노미터로 되어 있고, 비 동축 상호작용은 수소 결합, 숙주-게스트 및 금속 조정에 따라 다르다.[67]주목할 만한 예는 ATP 반응 생체분자 기계인 샤페로닌 그로엘의 Mgassisted2+- 다발성 초분자 중합으로, 매우 안정적인 단백질 나노튜브를 만들어 내는 것이다.[68]중요한 것은, 이 나노튜브는 ATPase 활동을 보여주며, 구성 요소 GroEL 유닛의 개방/폐쇄 움직임 때문에 ATP로 처리될 때 쇼트 체인 과점들로 구분된다.

비정형 매체에서의 초분자 중합법

보통 용액으로 제조되는 초분자 중합체.그러나 이러한 중합체가 기존의 유기 또는 수용성 매체 없이 준비될 경우 변칙적인 고분자 특성을 기대할 수 있다.예를 들어, 액정 매체는 액정 물리적 젤을 형성하는 물리적 젤레이터의 초분자 교차 연결 중합에서 1998년 카토 타카시가 입증한 초분자 중합체의 초기 단계에 영향을 미칠 수 있다.[69]모노머가 LC 매체에 대해 높은 친화력을 갖도록 설계되었을 때, 초분자 중합은 순서가 증가하는 위상 전환을 유발하여 코어 쉘 주상형 LC를 발생시킨다.[70]예를 들어 핵분자 중합체도 고체 상태에서 준비될 수 있는데, 핵분자 첨가 텔레켈릭 올리고머는 고온 용해에서 냉각할 때 1D 섬유가 형성된다.새로운 종류의 물질로서, 전극과 인터페이스에서 형성된 초분자 중합체도 이용할 수 있게 되었다.

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